JP2015167972A

JP2015167972A - 異材接合体の製造方法

Info

Publication number: JP2015167972A
Application number: JP2014044491A
Authority: JP
Inventors: 岩瀬　哲; Satoru Iwase; 哲岩瀬
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2015-09-28

Abstract

【課題】接合部の強度を効率よく向上させることができる異材接合体の製造方法を提供する。【解決手段】溶体化処理された熱処理型アルミニウム合金からなる第１部材に、頭部と軸部を備え軸方向断面が略Ｔ字状の鋼製リベットの前記軸部を貫通させて、第１部材にリベットを取り付ける（ステップＳ１）。次に、リベットを取り付けた第１部材と、鋼製の第２部材とを重ね合わせて重ね継手を形成する（ステップＳ２）。そして、リベットと第２部材とを溶接接合する（ステップＳ３）。溶接後の継手を時効処理（ステップＳ４）して、異材接合体を得る。【選択図】図１

Description

本発明は、異材接合体の製造方法に関する。より詳しくは、リベットを用いて、アルミニウム材又はアルミニウム合金材と鋼材とを接合する異材接合体の製造方法に関する。

近年、自動車、鉄道、船舶及び航空機などの輸送機器の構造体や建築構造体においては、環境負荷低減や燃費低減の観点から、軽量化が求められており、アルミニウム材、マグネシウム材、ＣＦＲＰ（Carbon-Fiber Reinforced Plastic：炭素繊維強化プラスチック）などの適用が拡大している。一方、鋼材は、これらの材料に比べて、材料コストが安く、加工性も優れている。そこで、両者の特徴をうまく組み合わせて、製造コスト増加や加工性低下を抑えつつ、軽量化を実現可能な異材接合構造体について、検討がなされている。

しかしながら、アルミニウム合金材と鋼材のように異種金属材を接合した異材接合体は、接合部に、例えばＦｅ_２Ａｌ_５系金属間化合物などの脆い金属間化合物が形成されやすく、十分な接合強度が得られないという問題がある。従来、異材接合体の接合強度を向上させる技術としては、例えば、リベットを鋼製とし、このリベットの軸部を鋼材と接合される軽金属材を貫通させて、鋼材と接触させ、その接触部及びその近傍を抵抗溶接する方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。

特開２００９−２８５６７８号公報特開２０１０−２０７８９８号公報

前述した鋼製リベットを用いる異材接合方法は、リベットが鋼材と同種金属材であるため、接合部に金属間化合物が生成せず、接合強度が良好な異材接合体を形成することができる。しかしながら、これらの異材接合体では、継手強度の更なる向上が求められている。

そこで、本発明は、接合部の強度を効率よく向上させることができる異材接合体の製造方法を提供することを主目的とする。

本発明に係る異材接合体の製造方法は、溶体化処理された熱処理型アルミニウム合金からなる第１部材に、頭部と軸部を備え軸方向断面が略Ｔ字状の鋼製リベットの前記軸部を貫通させ、前記第１部材に前記リベットを取り付ける工程と、前記リベットを取り付けた前記第１部材と、鋼製の第２部材とを重ね合わせて重ね継手を形成する工程と、前記リベットと前記第２部材とを溶接接合する工程と、前記溶接後の継手を時効処理する工程と、を有する。
前記第１部材には下孔が形成されていてもよく、その場合、前記下孔に前記リベットの軸部を挿通させることにより、前記第１部材に前記リベットを取り付けることができる。
又は、前記リベットの軸部を、前記第１部材に打ち込むことにより、前記第１部材に前記リベットを取り付けることもできる。
本発明の異材接合体の製造方法は、更に、前記第１部材に前記リベットを取り付けた後、前記第１部材における前記リベット周辺の部分を、前記リベットの頭部方向に塑性流動させてかしめる工程を行ってもよい。
また、前記時効処理は１００〜２５０℃で行うことができる。
更に、本発明の異材接合体の製造方法では、前記第１部材の少なくとも前記第２部材と接触する部分に、シーラを塗布してもよい。

本発明によれば、溶体化処理された熱処理型アルミニウム合金からなる部材を、鋼製リベットを用いて鋼部材に溶接接合した後、時効処理を行っているため、接合部の強度に優れた異材接合体を製造することができる。

本発明の実施形態の異材接合体の製造方法を示すフローチャート図である。Ａ〜Ｄは図１に示す各工程を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る異材接合体の製造方法では、リベットを用いて、熱処理型アルミニウム合金からなる第１部材と、鋼製の第２部材とを接合して、アルミニウム合金材と鋼材との異材接合体を製造する。図１は本実施形態の異材接合体の製造方法を示すフローチャート図であり、図２Ａ〜Ｄは図１に示す各工程を示す模式図である。

図１に示すように、本実施形態の異材接合体の製造方法では、第１部材にリベットを取り付けた後（ステップＳ１）、第１部材と第２部材とを重ね合わせて重ね継手を形成する（ステップＳ２）。その後、リベット３と第２部材とを溶接接合し（ステップＳ３）、溶接後の継手を時効処理する（ステップＳ４）。

［リベット取り付け工程］
図２Ａに示すように、リベット取り付け工程Ｓ１では、第１部材である溶体化処理された熱処理型アルミニウム合金からなる部材（アルミニウム合金部材）１に、頭３ａ部と軸部３ｂを備え軸方向断面が略Ｔ字状の鋼製リベット３の軸部３ｂを貫通させて、アルミニウム合金部材１にリベット３を取り付ける。ここで、部材１に用いる熱処理型アルミニウム合金としては、６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）アルミニウム合金、２０００系（Ａｌ−Ｃｕ系）、４０００系（Ａｌ−Ｓｉ系）、７０００系（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系）などが挙げられる。

また、部材１には、溶体化処理された熱処理型アルミニウム合金材を用いる。これにより、リベット３を打ち込む際の荷重を低減すると共に、リベット自体で部材１を打ち抜き穿孔する場合は穿孔時の割れを防止することができ、また、後述するかしめ工程を行う場合は塑性流動性を向上させて、かしめ力を高めることができる。

一方、スポット溶接により接合を行う場合は、リベット３から第２部材である鋼製の部材（鋼部材）２に流れる溶接電流がアルミニウム合金部材１に流れる現象、所謂分流の発生を防止する必要がある。抵抗溶接時の分流を防止する方法としては、リベット３の表面にディスゴ（登録商標）、ジオメット（登録商標）及びラフレ（登録商標）などの市販の表面処理剤を用いて高抵抗皮膜が形成する方法があるが、その場合でも、リベット３の穿孔時に高抵抗皮膜の一部が剥がれ、はく離した箇所からアルミニウム合金部材１に分流が生じることがある。そこで、部材１に、溶体化処理された熱処理型アルミニウム合金材を用いると、導電率を低下させて、電気抵抗を高い状態にすることができるため、前述した分流が生じにくくなる。

なお、アルミニウム合金部材１には、板材の他、押出材や鍛造材などを用いることができる。また、アルミニウム合金部材１には、切断加工、トリミング加工、プレス加工、孔開加工などが施されていてもよい。

このアルミニウム部材１にリベット３を取り付ける方法は、アルミニウム合金部材１に下孔を開けておく方法と、リベット自体でアルミニウム合金部材１を打ち抜き穿孔する方法がある。アルミニウム合金部材１に下孔が形成されている場合は、この下孔にリベット３の軸部３ｂを挿通させることにより、アルミニウム合金部材１にリベット３を取り付ける。アルミニウム合金部材１の下孔の直径は、リベット３の軸部３ｂの直径と同等又はそれよりも小さければよい。アルミニウム合金部材１の下孔の直径が、リベット３の軸部３ｂの直径よりも小さい場合は、下孔にリベット３を圧入することができる。

一方、リベット自体で第１部材を打ち抜き穿孔する場合は、アルミニウム合金部材１に下孔を形成する必要がなく、リベット３の軸部３ｂを、アルミニウム合金部材１に打ち込むことにより、アルミニウム合金部材１にリベット３を取り付けることができる。

本実施形態の異材接合体の製造方法では、アルミニウム合金部材１にリベット３を取り付けた後、アルミニウム合金部材１におけるリベット３の周辺の部分を、リベット３の頭部３ａ方向に塑性流動させてかしめることが好ましい。これにより、アルミニウム部材１の接合強度を更に向上させることができる。

［継手形成工程］
図２Ｂに示すように、継手形成工程Ｓ２では、リベット３を取り付けたアルミニウム合金部材１と、第２部材である鋼製の部材（鋼部材）２とを重ね合わせて重ね継手を形成する。

［リベット溶接工程］
リベット溶接工程Ｓ３では、アルミニウム合金部材１に取り付けられたリベット３と鋼部材２とを溶接接合する。リベット３と鋼部材２の溶接方法は、特に限定されるものではなく、抵抗スポット溶接、レーザ溶接、ＭＩＧ溶接及びＴＩＧ溶接などの各種溶接方法を適用することができる。例えば、抵抗スポット溶接によりリベット３と鋼部材２とを接合する場合は、図２Ｃに示すように、電極２０ａ，２０ｂによって継手形成工程で形成した重ね継手を挟持する。その際、電極２０ａと電極２０ｂとの間にリベット３が位置するように配置する。そして、この状態で、電極２０ａ，２０ｂ間に電圧を印加し、リベット３と鋼部材２とを溶接接合する。

［時効処理工程］
時効処理工Ｓ４では、リベット接合工程Ｓ３で溶接された継手に対して、時効処理を行い、異材接合体１０を得る。この時効処理の条件は、リベット３及び鋼部材２を構成する鋼の種類や特性に応じて適宜選択することができるが、１００〜２５０℃で行うことが好ましく、１５０〜２００℃の温度条件で１０分〜６０分間程度行うことがより好ましい。これにより、接合部の強度を効率よく向上させることができる。

また、部材１を構成する溶体化処理された熱処理型アルミニウム合金がＳｉ過剰型６０００系合金（例えば、ＡＡ６０２２合金相当のＳｉを１.０質量％、Ｆｅを０．１５質量％、Ｍｎを０．０７質量％及びＭｇを０．５８質量％含有し、残部が不可避不純物からなるアルミニウム合金）の場合は、二段階で時効処理を行うことが好ましい。具体的には、一段目として２５〜６０℃の温度条件で１０分間程度の時効処理を行い、二段目として１６０〜１８０℃の温度条件で２０分〜１時間程度の時効処理を行うことが好ましい。

アルミニウム合金部材１に対するリベット３のかしめ部分は、材料の塑性流動により歪が与えられる。このように歪が付与された状態で、前述した二段階の熱処理を行うと、歪がない部分に比べてかしめ部分の硬度の向上幅が大きくなり、かしめ部分の強度をより向上させることができる。

［樹脂層形成工程］
本実施形態の異材接合体の製造方法では、必要に応じて、アルミニウム合金部材１の少なくとも鋼部材２と接触する部分に、シーラや熱硬化型接着剤を塗布することができる。ここで、「シーラ」は、熱硬化性成分を含有する樹脂組成物である。アルミニウム合金部材１と鋼部材２との間に、このような樹脂層を形成することにより、接合部に電食が発生することを防止することができる。

更に、熱硬化性成分を含有する樹脂組成物（シーラや熱硬化型接着剤）を用いることにより、リベット接合、その後の熱処理や時効処理において、樹脂組成物中の成分が硬化するため、接合強度を更に高めることができる。

本実施形態の異材接合体の製造方法では、リベットを鋼部材に溶接接合する際に、溶融部が熱源となって、アルミニウム合金材１におけるリベット３の軸部３ｂの周辺部が加熱され、更にこの部分は時効処理によっても加熱される。これにより、接合部の強度が向上するため、第１部材（アルミニウム合金材１）に加工性が良好な溶体化処理された熱処理型アルミニウム合金を使用した場合でも、接合強度が優れた異材接合体が得られる。

本実施形態の異材接合体の製造方法は、特に、自動車のベークハードのように、比較的低温で、短時間しか時効処理を行えない場合に、リベットの軸部周辺の強度を効率的に向上させることができる。

１第１部材（アルミニウム合金部材）
２第２部材（鋼部材）
３リベット
３ａ頭部
３ｂ軸部
１０異材接合体
２０ａ、２０ｂ電極

Claims

溶体化処理された熱処理型アルミニウム合金からなる第１部材に、頭部と軸部を備え軸方向断面が略Ｔ字状の鋼製リベットの前記軸部を貫通させて、前記第１部材に前記リベットを取り付ける工程と、
前記リベットを取り付けた前記第１部材と、鋼製の第２部材とを重ね合わせて重ね継手を形成する工程と、
前記リベットと前記第２部材とを溶接接合する工程と、
前記溶接後の継手を時効処理する工程と、
を有する異材接合体の製造方法。
前記第１部材には下孔が形成されており、前記下孔に前記リベットの軸部を挿通させることにより、前記第１部材に前記リベットを取り付ける請求項１に記載の異材接合体の製造方法。
前記リベットの軸部を、前記第１部材に打ち込むことにより、前記第１部材に前記リベットを取り付ける請求項１に記載の異材接合体の製造方法。
更に、前記第１部材に前記リベットを取り付けた後、前記第１部材における前記リベット周辺の部分を、前記リベットの頭部方向に塑性流動させてかしめる工程を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の異材接合体の製造方法。
前記時効処理を１００〜２５０℃で行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の異材接合体の製造方法。
前記第１部材の少なくとも前記第２部材と接触する部分にシーラを塗布する請求項１〜５のいずれか１項に記載の異材接合体の製造方法。